高壓水霧化快冷法制備預合金胎體粉末的研究

高壓水霧化快冷法制備預合金胎體粉末的研究

1預合金化粉末鉆石工具是一種研磨、研磨、用金屬粉末、樹脂粉或陶瓷為胎體形成各種型號和規(guī)格的工具。廣泛應用于地質勘探、非金屬材料加工，尤其是石材加工和建筑材料。金剛石工具所用胎體粉末,目前正在向預合金化方向發(fā)展。因為與10年前相比,金剛石工具行業(yè)經(jīng)過激烈的競爭,一些中小企業(yè)被淘汰,企業(yè)向規(guī)?；l(fā)展,霧化生產(chǎn)的預合金化粉末燒結溫度低,合金化程度高,流動性好,能有效調整胎體耐磨性,提高胎體對金剛石的包鑲能力;在工藝上,預合金粉末流動性好,適于大批量的自動壓機規(guī)?；a(chǎn);另外霧化預合金粉末生產(chǎn)效率高,成本亦較電解等方式生產(chǎn)的粉末相比低。本文以高壓水霧化生產(chǎn)的預合金胎體粉末為研究對象,研究了如何利用高壓水霧化制備預合金粉末以及此種粉末應用在金剛石工具行業(yè)的優(yōu)異性能。2快速凝固水霧化技術快速凝固水霧化技術制備合金粉末的原理是將熔融的金屬液流注入漏包坩堝,在漏包坩堝的下方置有水霧化噴嘴,當熔融的金屬液流通過倒流嘴流經(jīng)噴嘴時,被噴嘴射出的高速水流擊碎成小液滴,隨后合金液滴落在水中凝固成粉末?？焖倌趟F化技術與傳統(tǒng)的熔鑄技術制取的粉末相比,具有明顯的優(yōu)勢:(1)組織細小,成分偏析小;(2)可擴大合金化元素的種類及成分范圍;(3)具有直接制備粉末的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)優(yōu)勢,污染小,工藝簡單。2.1制備預合金粉末實驗采用壓力為50MPa國內(nèi)最先進的高壓水霧化設備制取預合金粉末,為了適應不同石材,制取了3種不同預合金粉末,分別編號為Follow100、Follow200和F01low300。選用SMD40/50和SMD2540/50金剛石,粉末經(jīng)干燥篩分-200目。采用熱壓燒結機熱壓刀頭,以高頻焊接機焊接成鋸片。2.2工藝路線2.2.1生成合金粉末、非碳化器先把合金成分中需要的金屬塊放入中頻感應爐中冶煉成合金液,全部溶化并達到一定過熱度,然后把合金液倒入中間包,合金液通過中間包底的陶瓷漏眼流入霧化器。同時,霧化器噴射出的高壓水流擊打合金液使之成為小液滴。小液滴落到收集桶中冷卻成為粉末,粉末經(jīng)過一系列后處理,如干燥、篩分、退火等成為合金粉末。霧化劑粉工藝流程圖如圖1。2.2.2燒結性能的確定把金剛石和合金粉末均勻混合之后裝入石墨模具中,采用熱壓燒結機進行燒結,升溫過程的壓力為全壓2/3,保溫時為全壓,釣4MPa,燒結溫度的選擇與胎體成分熔點有關,—般應保證燒結后試塊要具有足夠的強度,一定的硬度和耐磨性。Follow系列粉末燒結性能數(shù)據(jù)附表1。刀頭制成后焊接面進行清洗,再與基體高頻焊接。金剛石工具刀頭制作流程圖如圖2。2.3性能測試采用三點彎曲法測定抗彎強度,硬度計測定硬度金相顯微鏡觀察組織形貌,SEM觀察斷口形貌。3結果與討論3.1按預合金粉末制作金剛石工具胎體實際中有多種生產(chǎn)粉末的方法,如還原法,還原化合法,氣相沉積法,液相沉積法,電解法,霧化法,機械破碎法等,但從工業(yè)規(guī)模而言,應用最廣泛的則是還原法,霧化法和電解法,而霧化法又是能大量制取預合金粉末的最好方法。用預合金化粉末做金剛石工具胎體有如下好處:易于調節(jié)胎體性能,使之與加工對象相適應;采用預合金化粉末,可使燒結致密化的溫度降低,提高致密性和均勻性,從而改善金剛石工具胎體的磨損狀態(tài);可以提高胎體對金剛石的包鑲能力,并且抗沖擊性能好;能防止低熔點金屬過早流失或偏析,粉末流動性好,不易氧化,保存方便,適于大批量自動化壓機規(guī)?；a(chǎn),并能簡化制造工藝,能取得較好的經(jīng)濟效益?；谝陨蟽?yōu)點,也為了滿足不同石材的需要,我們設計了三種預合金粉末,分別命名為Follow100、Follow200和Follow300,粉末主要性能如表1。3.2粉末合金化對金剛石工具性能的影響從圖3可以看出,水霧化制取粉末為不規(guī)則狀,粉末顆粒表面不太光滑,大小的顆粒黏附在一起,所以粉末的流動性較氣霧化球形粉末稍差,但壓制形和成形性好,與電解粉末相比,即具有電解粉末發(fā)達的表面,又擁有良好的壓制與成型性、適宜的松比,特別適應金剛石工具行業(yè)的要求。圖4是Follow300粉末金相照片,可以清楚的看出,粉末合金化十分均勻,沒有出現(xiàn)不均一的單質和析出相,粉末均一的合金化結構有利于降低燒結致密化溫度,提高致密性和均勻性,從而改善金剛石工具胎體的磨損狀態(tài),同時提高胎體對金剛石的包鑲能力和抗沖擊性能;均一微結構還能防止人工混料時的混合不均勻,從而防止低熔點金屬過早流失與偏析,利于產(chǎn)品的穩(wěn)定。3.3預合金粉末空白胎體斷口分析表2是Follow系列預合金粉末在各自熱壓溫度燒結后,刀頭的硬度和抗彎強度數(shù)據(jù)。可以看出,Follow系列粉末空白胎體(刀頭)的硬度適中。就Follow300而言,含金剛石胎體和不含金剛石胎體的抗彎強度下降小,說明加入金剛石之后,Follow300粉末很好的包鑲金剛石。圖5是Follow300預合金粉末空白胎體斷口SEM形貌分析。圖中可以清楚的看出明顯的韌窩狀斷口,說明材料的斷裂以韌性斷裂為主,所以材料具有良好的塑韌性。圖6是Follow200+20%金剛石胎體包鑲金剛石情況,斷口中的金剛石顆粒表面已發(fā)生明顯的變化,表面上黏結著一些胎體合金,金剛石的邊緣與胎體的結合很好,金剛石出露較高,表現(xiàn)出了對金剛石的良好浸潤與黏結性能。3.4大鋸片的使用,小缺陷,符合現(xiàn)代生產(chǎn)技術要求刀頭焊成鋸片后,在某廠進行了切割實驗,情況如表3所示:從切割實驗可以看出,Follow系列的鋸片使用情況非常好,對比某廠使用的鋸片,就350的小鋸片來說,不但出韌鋒利,兼容性好,而且切割效率與平米數(shù)高,滿足了實際生產(chǎn)中對小鋸片鋒利度和平米數(shù)高的要求。Follow200甚至超過了廠家目前使用的鋸片性能,就Follw300做成的1600大鋸片而言,使用情況更好,即做到了切荒料的大鋸片所必須的耐磨、鋒利的特點,文有很長的切割壽命,可以做到連續(xù)切割荒料達250m2以上。相比于廠家使用的130～150m2的使用壽命,提高了約60%。通過實驗,可以得出結論:用Follow凡系列預合金粉末做成的鋸片,性能優(yōu)異,完全滿足切割石材的要求。4刀頭的壓制形(1)采用快速凝固水霧化技術制備的Follow系列預合金粉末,成不規(guī)則狀,粉末成分均勻,松比與流動性適宜,壓制形和成形性好。(2)用Follo